اخبار صنعت

فناوری جدید باتری ، شارژ اتومبیل های برقی را تا 90 درصد تنها در 6 دقیقه امکان پذیر می کند

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، انرژی ، لیتیوم یون ، فیزیک مولکولی ، فناوری نانو ، دانشگاه علم و فناوری پوهانگ
توسط دانشگاه علوم و فن آوری پوهانگ (POSTECH) 28 اکتبر 2020



با پیشرو بودن Telsa ، بازار خودروهای برقی در سراسر جهان در حال رشد است. بر خلاف خودروهای معمولی که از موتورهای احتراق داخلی استفاده می کنند ، خودروهای برقی تنها از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کنند ، بنابراین عملکرد باتری عملکرد کلی خودرو را مشخص می کند. با این حال ، زمان شارژ کند و قدرت ضعیف هنوز موانعی هستند که باید بر آنها غلبه کرد. با توجه به این موضوع ، یک تیم تحقیقاتی POSTECH اخیراً مواد شارژ سریعتر و ماندگاری بیشتری را برای خودروهای برقی ایجاد کرده است.

تیم های تحقیقاتی پروفسور Byoungwoo Kang و دکتر Minkyung Kim از گروه علوم و مهندسی مواد در POSTECH و پروفسور Won-Sub Yoon در گروه علوم انرژی در دانشگاه Sungkyunkwan برای اولین بار با هم ثابت کردند که هنگام شارژ و تخلیه Li مواد الکترود باتری ، می توان با کاهش چشمگیر زمان شارژ و تخلیه بدون کاهش اندازه ذرات ، توان بالایی تولید کرد. این یافته های تحقیق در شماره اخیر نشریه Energy & Environmental Science ، مجله بین المللی پیشرو در زمینه مواد انرژی منتشر شده است.

برای شارژ سریع و تخلیه باتری های یون لیتیوم ، روشهایی که اندازه ذرات مواد الکترود را کاهش می دهد تا کنون استفاده شده است. با این حال ، کاهش اندازه ذرات دارای معایب کاهش چگالی انرژی حجمی باتری ها است.

بر این اساس ، تیم تحقیق تأیید کرد که اگر یک مرحله میانی در مرحله فاز [1] در حین شارژ و تخلیه ایجاد شود ، می توان بدون از دست دادن چگالی انرژی بالا یا کاهش اندازه ذرات از طریق شارژ و تخلیه سریع ، توان بالایی تولید کرد ، توسعه باتری های لیتیوم یونی با عمر طولانی

در مورد مواد جداسازی فازها که در حین شارژ و تخلیه مراحل ایجاد و رشد فازهای جدید را طی می کنند ، دو فاز با حجم های مختلف در داخل یک ذره واحد وجود دارد که منجر به نقص های ساختاری زیادی در سطح مشترک دو فاز می شود. این نقص ها مانع رشد سریع یک مرحله جدید در ذره می شوند و مانع شارژ و تخلیه سریع می شوند.

با استفاده از روش سنتز توسعه یافته توسط تیم تحقیق ، می توان یک مرحله متوسط ​​را القا کرد که به عنوان یک بافر ساختاری عمل می کند و می تواند تغییر حجم بین دو مرحله در یک ذره را به طور چشمگیری کاهش دهد.

علاوه بر این ، تأیید شده است که این فاز میانی بافر می تواند به ایجاد و رشد فاز جدیدی در ذره کمک کرده و سرعت ورود و حذف لیتیوم را در ذره بهبود بخشد. این به نوبه خود ثابت کرد که تشکیل فاز میانی می تواند با ایجاد یک واکنش الکتروشیمیایی همگن در الکترودی که ذرات متعددی از آن تشکیل شده است ، سرعت شارژ و تخلیه سلول را به طرز چشمگیری افزایش دهد. در نتیجه ، الکترودهای باتری لیتیوم یون ساخته شده توسط تیم تحقیقاتی تا 90 درصد در شش دقیقه شارژ می شوند و 54 درصد را در 18 ثانیه تخلیه می کنند ، این یک نشانه امیدوار کننده برای توسعه باتری های لیتیوم یونی با قدرت بالا است.

پروفسور Byoungwoo Kang ، نویسنده مربوطه مقاله ، اظهار داشت: رویکرد معمولی همیشه یک تطابق بین چگالی انرژی پایین و سرعت شارژ سریع و سرعت تخلیه به دلیل کاهش اندازه ذرات بوده است. وی توضیح داد: "این تحقیق پایه و اساس توسعه باتری های Li-ion را ایجاد کرده است که می تواند به سرعت شارژ و تخلیه سریع ، چگالی انرژی بالا و عملکرد طولانی مدت برسد."

این تحقیق با حمایت برنامه پژوهشگران نیمه حرفه ای و برنامه توسعه فناوری تابش بنیاد ملی تحقیقات کره انجام شد.

انتقال فاز
فرآیندی که در آن لیتیوم در حین شارژ و تخلیه وارد و منفجر می شود و فاز موجود ماده به فاز جدیدی تبدیل می شود.

مرجع:-سینتیک سریع در مرحله جداسازی مواد الکترود با تشکیل فاز میانی بدون کاهش اندازه ذرات-توسط مینکیونگ کیم ، میهی جئونگ ، وون-ساب یون و بیونگوو کانگ ، 17 سپتامبر 2020 ، انرژی و علوم محیط زیست.
DOI: 10.1039/D0EE02518F